基于TCMGIS的北苍术产地适宜性分析和定量评价

张玮玮，张志鹏，郑司浩，蔡翠芳

（1.山西药科职业学院，山西太原030031；2.山西中医药大学中药学院，山西晋中030600；3.山西国新晋药集团道地药材经营有限公司，山西太原030032；4.中国中药有限公司，北京100195）

北苍术（Atractylodes chinensis（DC.）Koidz.）是菊科苍术属多年生草本植物，生于山坡草地、林下、灌丛及岩缝隙中[1-2]。其干燥的根茎是我国传统中药苍术的主要植物来源，具有燥湿健脾、祛风散寒的功效[3]。药理研究发现，北苍术具有多种活性成分，有抗溃疡、保肝、抗肿瘤、抗炎和降血糖等作用[4-6]。随着大健康产业的发展，医药市场对药材苍术的需求逐年增加，但由于以野生资源为主的药用苍术被连年过度采挖，以致资源储备量急剧下降[7]。为解决日益扩大的市场需求量，近年来加大了对其引种驯化和栽培繁育的工作，我国华北、东北部分地区开始有了零星的人工栽培。

中药苍术的另一基原植物为茅苍术Atractylodes lancea（Thunb.）DC.，近年来，有学者对其进行了一定的研究。陈士林等[8]对茅苍术的适宜种植区进行了系统研究；郭兰萍等[9]和ZHU等[10]对茅苍术的化学成分与产区生态特征相关性进行了研究。但关于北苍术种植适宜性方面的研究鲜有报道。

道地药材的形成要求合适的自然生境条件（温度、湿度、降水等）[11]。本研究应用中药材产地适宜性分析地理信息系统（TCMGIS），依据气候和土壤因子相似原理，确定北苍术不同的生态相似度的适宜产地[12-13]，以期为北苍术野生资源保护、引种驯化、筛选适宜种植区、扩大种植面积提供依据，进而解决北苍术资源短缺及资源可持续发展的问题。

1 材料和方法

1.1 样点数据来源

北苍术分布点数据主要来自3个部分：一是标本库，包括中国数字植物标本馆（http：//www.cvh.org.cn.）；二是文献，包括《中国植物志》、《中国高等植物图鉴》以及北苍术相关研究报道；三是部分实地调查数据，来自山西药科职业学院中药系师生对其的长期的实地考察。后续经过删除重复及信息不完整的数据，确定野生北苍术的采集地点共311个，主要集中分布在山西、河北、河南、内蒙古、辽宁、陕西等北部地区，湖北、安徽、江苏、云南等南部地区也有少量分布。

1.2 数据库来源

TCMGIS是以地理信息系统（GIS）为平台，以气候因子、土壤、基础地理信息及第三次全国中药资源普查等数据库为支撑；其中，气候因子包括活动积温、年均日照时数、年均气温、年均湿度、年均降水量、1月平均气温、7月平均气温、最冷月和最热月的极端气温等指标，气候因子数据来源于全国气象站点30 a地面气象数据，进行栅格数据计算（1 km2）及衍生数据；土壤数据以全国土壤普查的数字化土壤类型数据为基础[8]。

1.3 TCMGIS分析方法

根据311个野生北苍术样本点经纬度信息，通过TCMGIS系统提取标本点的生态因子[14]，分析确定影响植物分布的关键性生态地理因子，进行栅格数据分析并形成标准化的栅格数据，然后将栅格数据转化成矢量数据文件，进而叠加在全国行政区划图层上，获得各行政单位内不同等级生态相似度区域的相关信息[8]，最终运用Excel 2010软件对数据进行分析。其中，栅格数据分析中对样本点生态数据采用绝对偏差均值标准化方法进行数据标准化处理。

根据式（2）分析完成重分类的各个因子图层数据，得到新的栅格值。

2 结果与分析

2.1 北苍术适宜因子范围

经过TCMGIS系统对311个野生北苍术标本采集点生态因子的分析，得到适宜北苍术生长的生态因子范围为：年平均气温-5～22.2℃；7月最高气温32.7℃；1月最低气温-35.8℃；7月平均气温13.4～28.6℃；1月平均气温-30.9～-12.9℃；年均相对湿度48%～81.6%；年均降水量27.9～157.3 mm；年日照时数1 093～3 027 h；≥10℃活动积温为1 194～7 634.8℃；适宜的土壤类型主要为壤土、褐土、黑垆土、粗骨土、潮土、沼泽土。

2.2 北苍术适宜产地分布

利用TCMGIS系统分析得出北苍术生态适宜分布区（图1），其主要位于我国温暖湿润的东部季风区北部，该区域受季风影响显著，气候湿润，雨热同期，普遍高温多雨，冬季受北方冷气流影响，大部分地区寒冷干燥。北苍术主要位于华北暖温带野生家种中药区、内蒙古中温带野生中药区和西北中温带暖温带野生中药区[16]。本研究将生态因子相似系数为100%的区域定义为最适生长区、98%～100%的区域为次适宜区，其他为不适宜区域。

2.3 北苍术生态相似度100%的最适生长区

利用通过TCMGIS系统分析得出北苍术生态相似系数100%最适生长区分布图（图1），图中深绿色为野生北苍术生态相似系数100%区域。北苍术生态相似数100%的最适生长区域较为广泛，总面积达1 055 632.4 km2，共分布在1 185个县区（表1），其中，河北（137 150.0 km2）、河南（102 808.8 km2）、辽宁（98 654.8 km2）、山西（95 896.6 km2）分布较多，分别占全国生态相似系数100%区域总面积的13%、9.7%、9.3%、9.1%（图2），内蒙古、陕西、云南、黑龙江、湖北、四川、甘肃等省偶有分布，在福建、湖南、宁夏、浙江也有零星分布。

表1 北苍术不同生态相似系数区域分布情况

2.4 北苍术生态相似度98%～100%的次适宜区

通过TCMGIS系统分析得出北苍术生态相似系数98%～100%和次适宜分布图（图3），图中深绿色部分是生态相似度100%的区域，浅绿色是生态相似度98%～100%的区域。由图3和表1可知，生态相似系数98%～100%的适宜生长区主要集中于我国28个省市的1128个县区，面积达399716.5km2。其中，主要分布在山东、内蒙古、湖北、河北等省，包括119个县（市），面积达32 628.2 km2，占所在县市总面积的31.9%；其次为河南、安徽、山西等省。山东、内蒙古、湖北、河北、河南、安徽、山西次适宜区面积分别为45 073.4、37 680.5、35 316.2、32 628.2、30 999.9、24 689.5、23 399.8 km2。

3 结论与讨论

TCMGIS系统以地理信息系统平台（GIS）作为分析平台，以影响药用植物生长的10个主要生态因子作为数据基础，通过计算机软件对该植物适宜产地分布状况进行基础评估[16]，目前至少已完成了210种药材产地生态适宜性分析[8，17-19]，该系统作为解决中药材适宜产地评价分析工具，操作简便、适用性强，而且结果客观合理。本研究以北苍术为分析对象，其在文献中记载的药材主产地是内蒙古、山西、河北、吉林、辽宁、黑龙江；陕西、山东、甘肃等地亦产；原植物分布于东北、华北地区及陕西、宁夏、甘肃、山东、河南等地[20]。本研究中北苍术生态相似度100%最适生长区的主要分布省份与文献记载、资源普查等记载基本一致。由于样点数据中包含有自然分布于我国湖北、江西、云南等南方地区的标本信息，研究结果表明，我国南方部分地区也适合北苍术的生长，尽管其与普遍认为的北苍术产于北方的认识不一致，但本研究中的北苍术是植物学概念，而“北苍术产于北方”中的概念是基于商品学[1]。此外，研究中查阅到北苍术在湖北、江西、云南等南方地区分布的标本信息及适宜在南方部分地区生长的结果，也一定程度上佐证了《中国植物志》将北苍术Atractylodes chinensis（DC.）Koidz.并入Atractylodes lancea（Thunb.）DC.，并将其作异名处理[1，21]。因此，TCMGIS系统分析结果是可靠的，客观合理地对北苍术进行种植区划，为引种驯化、扩大人工种植区提供了理论依据。

生态因子是道地药材形成的重要因素[22]，盲目种植会对药材品质造成很大的影响[23-24]。通过采用TCMGIS系统对北苍术的产地适宜性进行分析，得出北苍术的适宜产区分布在28个省区的1 185个县市，适宜产区面积总和为1 055 632.4 km2，生态适宜区主要集中在河北、河南、山西、陕西、辽宁、内蒙古、甘肃、黑龙江等省区。虽然TCMGIS系统从理论上通过综合生态因子针对北苍术进行统计分析后得到适宜产区分布区域，为北苍术药材的生产提供了科学依据，然而植物个体的生长特性一般都有一定的生境或小气候要求，北苍术自然生长的生境多为山坡草地、林下、灌丛及岩缝隙中[2]，因此，要求在具体的工作中应以TCMGIS系统分析结果作为引种的基本依据，经过实地调研、田间预试验、药材品质检测评估等研究，并结合当地经济、文化、历史等因素对产区的可用性进行综合测评，才能制定出更好的适宜北苍术的栽培种植产区区划及规范化种植计划。

中药苍术的市场供应均为野生资源，随着中药市场对原料药需求量的加大，其野生资源受破坏程度较大，资源量逐年减少，因此对北苍术进行野生变家种、仿野生栽培是未来发展的必然趋势，合理布局发展北苍术生产、确定其区划以避免盲目引种、保证北苍术药材品质显得尤为重要。本研究通过TCMGIS系统分析得到了与野生北苍术标本分布点生态因子相似的区域，该区域可作为最佳种植区选取和新产区预测的基本依据，进而解决北苍术资源可持续发展的问题。